《材料科学与物质结构基础知识》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料科学与物质结构基础知识（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、材料科学与物质结构基础知识一、建筑材料的组成、结构、及其对材料性能的影响建筑材料的组成2. 矿物组成：某些建筑材料性质也取决于矿物组成，例如：天然石材中的花岗岩，其 矿物组成主要是石英和长石，所以其强度高、抗风化性能好。再比如：对于 硅酸盐水泥来讲，构成熟料的矿物成分中硅酸三钙含量较高，因此硬化速度 更快，强度也较高。材料的微观结构及其对性质的影响建筑材料的结构可按尺度分为三个层次：1. 微观结构：原子分子尺度；2. 亚微观结构（细观结构）：光学显微镜尺度；3. 宏观结构：目测或者放大镜尺度。建筑材料的许多性质，如强度、硬度、导热性、导电性，除了受其组成 成分的影响外，还取决于材料的微观结构，
2、观察工具为电子显微镜，观察精度可达A二1*10-iom。建筑材料必须为固态材料，其结构可以分为晶体结构， 非晶体结构两种。 晶体结构 晶体结构的基本特征在于内部质点（原子、分子等）按照一定的规律排列形 成晶格构造。晶体具有一定的熔点且多具有良好的导热性与导电性，这是与非晶体结构的主要差异非晶体结构胶体是由众多小固体离子（粒径约在i-iooum之间），分散在连续介质r急冷形成。建筑璃是玻璃体的非晶体结构主要有胶体和口玻璃体两类。列，故又称为无定型体。它是代表。具有良好的保温隔热性能,中而成的。建筑用沥青、固化后的钙都属于胶体。璃体中的原子完全呈无序排璃体无固定的熔点，但化学活性较高。璃（硅酸钠）
3、、水泥石中的水化硅酸胶体具有良好的吸附力和粘结力，这时由于胶体的质点微小，总表面积很大，因而表面会很大的缘故。材料的亚微观结构及其对性质的影响金属材料的晶粒粗细及金相组织（指金属组织中化学成分、晶体结构和物理 性能相同的组成，其中包括固溶体、金属化合物及纯物质。）直接影响其韧性、 强度、硬度。木材的纤维状细胞组织对强度、导热性起支配作用。材料的宏观结构及其对性质的影响宏观结构一般可以用肉眼或放大镜可以观察，在建筑材料中，多注重观察密 实性、多孔性、构造形式（层状、粒状、纤维状）。二、建筑材料的基本性质（一）建筑材料的物理性质1）材料的密度、表观密度、堆积密度 密度密度是指在材料绝对密实的状态下
4、，单位体积的质量mP =v绝对密实状态的体积是不包括孔隙在内的体积。在测量有孔材料的密实体积时,必须将材料碾磨成细粉，干燥后用李氏瓶（排液置换法）测定。 表观密度表观密度是在自然状态下，单位体积的质量可由下式表示：mp 0 v0此时的体积是在自然状态下的体积（包括孔隙体积在内）。其大小与汗水情况有关，通常条件下的表观密度是指气干状态下的密度。 堆积密度堆积密度是粉状或者粒状材料在堆积状态下的单位体积的质量。mp 二0 v02）材料的孔隙率与空隙率孔隙率 孔隙率是指材料中孔隙体积所占总体积的比例。可按下式计算:D V V - V V 1 PP -孔 = 0= 1 = 1 -0-V VV P0 0
5、 0材料中固体体积所占的总体积的比例称为密实度。D=1-P即材料的密实度+孔隙 率=1空隙率 空隙率是指散粒材料在某堆积体积中，颗粒之间的空隙体积占总体积的比例，可 按下式计算:V V V 1 V 1 PVVVP0 0 0 0 在混凝土中，空隙率可作为控制砂石级配及计算混凝土砂率的依据。3) 材料的亲水性与憎水性材料能被水润湿的性质称为亲水性，材料不能被水润湿的性质称为憎水性。润湿边角是指在材料、水、空气的交点处，沿水滴表面的切线与水和固体的接触面所成的夹角0(a)(b)亲水性材料的水分子之间的内聚力小于水分子与材料分子相互之间的吸引力，0 900，有较好的防水效果。4) 材料的吸水性与吸湿性
6、材料在水中能吸收水分的性质称为吸水性。吸水性的大小用吸水率来表示。是指 材料在浸水后在规定的时间内吸入水的质量占材料干燥质量或者材料体积的百 分率。建筑材料基本上采用质量吸水率。质量吸水率6 =件巳*%100m m具有很多微小开口孔隙的亲水性材料，其吸水性特别强。材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性：含水率6 =亠 *100%m材料的含水率随着空气湿度和环境温度变化而变化，也就是说水分既可以吸 收又可以向外界扩散，最后与空气湿度达到平衡。与空气湿度达到平衡的含水率 称为材料的平衡含水率。5）材料的耐水性材料长期在饱和水状态下不破坏，其强度也不显著降低的性质称为耐水性。 材料的耐水性用软化系
7、数K表示K=材料在吸水饱和状态下的抗压强度=材料在干燥状态下的抗压强度软化系数越小说明材料吸水饱和后的强度降低的越多，耐水性也越差。对于 经常处于水中或者受潮严重的重要结构物的材料，其软化系数不宜小于0.85,对 于受潮较轻的重要结构物材料，其软化系数不得下雨0.75o6）材料的抗渗性材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性（或者称为不透水性），材料的抗渗 性常用渗透系数来表示：AtHk材料的渗透系数（cmh）Q渗水量d试件厚度H静水压力水头t渗水时间A渗水面积渗透系数越大说明渗透的水量就越多，抗渗性就越差。7）材料的抗冻性材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，强度也无显著 降低的性
8、质，称为材料的抗冻性。8）材料的导热性导热性是指在当材料两侧有温度差时，热量从温度高的一侧向温度低的一侧传导的性质。通常用导热系数九表示。匀质材料导热系数的计算公式为：At（T - T）2 1材料的导热系数越大，导热性能越好。绝大多数的建筑材料导热系数介于 0.023-3.49之间。通常把导热系数小于0.23的材料称为绝热材料。绝热材料在使用中必须防水防潮。（二）建筑材料的力学性质 a.材料的强度与等级 材料在外力作用下抵抗破坏的能力，称为材料的强度。很据外力作用方式的不同 可以分为：抗压强度f、抗拉强度f、抗剪强度f、抗弯强度f。前三项的计etvtm算通式为:八占f-材料的强度（MPa）材料
9、破坏时最大的荷载（N）A材料受力截面面积（ mm 2）材料的抗弯强度与受力情况有关，通常将条形试件放在两个支点上中间作用一集中荷载，称为三点弯曲。抗弯强度的计算公式为：3F1j =tm 2bh 2在跨度的三分点上作用两个相等的集中荷载称为四点弯曲，其强度表达式为：f =旦tm bh 2压力拉力b.材料的变形性能弹性与塑性外力作用下材料产生变形，外力取消后变形消失，材料能恢复到原来形状的变形 称为弹性。用材料的弹性模量来表示：oO材料的应力（MPa）g材料的应变弹性模量E是衡量材料抵抗变形能力的一个指标，E越大材料越不易变形。 脆性和韧性脆性材料不能承受冲击荷载和震动含水率：（湿重-干重）/干重xlOO%
